CN101706816A - 一种数字化变电站模型检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化变电站模型检测方法。近几年IEC61850及数字化变电站的快速发展，然而不同厂家和不同装置模型彼此差异很大，给调试和运行带来了很大的难度和隐患，这就需要一种比较简单、实用、有效、全面的检测手段和方法。本数字化变电站模型检测方法遵循IEC61850标准，并支持针对国内《IEC61850国际标准工程化实施技术规范》的规范性检测，广泛应用于数字化以及常规IEC61850变电站综合自动化系统的模型检测，其中包括：XML格式是否正确以及Schema验证；基本单元数据检测，包括逻辑节点、公共数据类、数据对象及属性等信息的检测；模型GOOSE及四遥信息的解析和检测；离线、在线模型比对；SCD文件虚端子检测。

Description

一种数字化变电站模型检测方法

技术领域

本发明用于电力系统数字化变电站以及IEC61850相关的自动化领域，具体地涉及模型检测的方法。

背景技术

随着网络技术的发展和变电站自动化水平的提高，IEC61850规约逐步解决了传统变电站厂家之间保护规约不统一带来的通讯不顺畅、调试困难等问题，并真正意义上实现了设备的互操作，实现了厂家间的互通互联，实现了通讯规约的统一性。

实现IEC61850通讯最重要的信息载体就是模型文件。基于XML技术，IEC61850定义了一种变电站配置语言(SCL)，文件类型主要包括有：ICD(IED CapabilityDescription，IED能力描述文件)、CID(Configured IED Description，IED配置后的描述文件)、SCD(Substation Configuration Description，变电站配置描述文件)、SSD(Substation Specification Description，变电站规范描述文件)。

XML(Xtensible Markup Language，即扩展标记语言)是一种描述信息的语言，一种结构化的文本格式，既遵循严格的标准，又具有更为强大的灵活性和可扩展性，已广泛地应用于数字化及IEC61850变电站中。XML既然是一种计算机语言，要把它完全翻译过来就需要解析器。解析器从解析数据模型来看，常用的有DOM、SAX模型；其中开源的解析器有libxml2、Xerces、tinyxml等，同时微软也提供了MSXML解析器，但不开源。

XSD是指XML结构定义(XML Schemas Definition)，即XML的Schema语言。XMLSchema描述了XML文档的结构。可以用一个指定的XML Schema来验证某个XML文档，以检查该XML文档是否符合其要求。还可以通过XML Schema指定一个XML文档所允许的结构和内容，并可据此检查一个XML文档是否是有效的。XML Schema本身是一个XML文档，它符合XML语法结构，也可以用通用的XML解析器解析它。一个XML Schema会定义：文档中出现的元素、文档中出现的属性、子元素、子元素的数量、子元素的顺序、元素是否为空、元素和属性的数据类型、元素或属性的默认和固定值。

IEC61850的应用和快速发展，带动了智能化、数字化变电站的建设。GOOSE(GenericObject Oriented Substation Events，面向变电站事件的通用对象)、SV(SampledValues，采样值)以及虚端子等信息已经逐步融入到模型当中，而对于XML这样可读性不强的机器语言，在模型文件实际推广和应用的过程中，难免会出现解析困难、分析查找问题不方便等问题。

传统的检测手段要么成本太高，要么检测内容有限，而且不容易扩展，还不能满足国内各个地方标准的要求。本发明提出的基于数字化变电站模型检测方法解决了以上问题，更好地面向工程，提供了更加方便快捷的检测手段。

发明内容

为了解决模型检测存在的上述问题，本发明提出了一种新的模型检测方法，实现数字化相关的模型检测.

本发明采用以下技术方案：

一种数字化变电站模型检测方法，所述方法包括以下步骤：

(1)、使用IEC61850国际标准针对智能电子设备(IED)模型发布的模型规范性检测用SCHEMA文件，实现对数字化变电站通用模型文件Schema验证，并输出Schema验证报告；

(2)、根据IEC61850规约的标准要求，定义智能电子设备(IED)模型标准参考文件，根据定义的所述标准参考文件，检测数字化变电站通用模型文件中的逻辑节点(LN)、数据对象(DO)、数据属性(DA)、枚举类型是否符合IEC61850标准要求，检验数据对象(DO)和数据属性(DA)的强制属性是否支持；模型引用(Reference)是否规范，数据集(DataSet)中的数据对象(DO)以及数据属性(DA)是否有效、逻辑节点(LN)下的数据对象实例(DOI)和逻辑接点类型(LnodeType)下的数据对象(DO)的一致性、数据对象(DO)下的数据属性的实例(DAI)和数据对象类型(DOType)的数据属性(DA)的一致性；

(3)、对智能电子设备GOOSE数据以及状态量、测量量、电度量、遥控信息(四遥信息)进行解析，并检测数据定义的正确性以及数据类型是否符合IEC61850标准；

(4)、离线与在线模型文件的比对：解析离线模型文件中的所有数据信息，并生成离线模型信息库，再通过IEC61850规约提供的服务，读取智能电子设备(IED)在线模型的所有数据，将生成的在线模型数据库与离线模型数据库中相同的或相应的信息进行比对，并标识出两者的差异，最后给出比对报告；

(5)、虚端子的检查，解析智能电子设备(IED)模型文件中的GOOSE、SV的输入、输出端子，将GOOSE的输入、输出端以及SV的输入、输出端虚拟连线，生成虚端子表，结果作为相关部门(如：设计院、施工单位等)检测端子是否正确、合理的重要参考数据，也可以直接和权威的连线端子设计图纸等一一核对，正是数字化实现和传统端子图设计的统一结合。

由于数字化变电站的网络化，原先采用电缆传输的模拟信号已经逐步被光或电的数字信号所取代，为了解决数字化带来的信号连接的不明确、不直观性，引入了虚端子的概念。对于虚端子来讲，一般包括有：GOOSE和SV虚端子两个方面。本发明基于这个理念给出了GOOSE和SV虚端子的输入和输出，并提出了虚端子相关的检查手段和方法。

附图说明

下面结合附图对本发明再作进一步详细的说明。

图1为模型标准参考文件图例；

图2为GOOSE虚端子表格式。

具体实施方式

目前XML解析器里面已经封装了进行XML解析时所需要的所有对象，实际应用过程中只需调用相关接口即可实现对XML文档的解析和验证。检测手段也是基于这种思想，与解析同步，实现数字化变电站模型检测方法，包括以下步骤：

(1)、使用IEC61850国际标准针对变电站装置模型发布的模型规范性检测用的SCHEMA文件，实现对数字化变电站通用模型文件的Schema验证：

对变电站通用模型文件Schema有效性验证(以libxml2为例)优先，但不限于采用以下几步骤：

第一步：加载模型文件及Xml Schema文件。

第二步：采用基于XML解析库LIBXML2的SCHEMA验证模块，对模型文件进行SCHEMA验证，检测XML格式是否符合IEC61850的要求，检测内容是否符合IEC61850的标准，最后重定向将结果输出。

(2)、基本数据的检测：

基本数据类型包括：逻辑节点(LN)信息、公共数据类(CDC)信息、枚举类型信息、数据对象(DO)、基本数据类型(bType)以及数据属性(DA)等。

第一步：定义装置模型标准参考文件格式，内容结构见图一所示，包括有：IEC61850-6、IEC61850-7等标准中的内容以及国内相关规范对模型的要求内容；含有目前已经定义的所有信息，包括该类型是强制项(M)、可选项(P)还是带条件选项(C)的信息。这是下一步检测的标尺，也可以遵循某种标准或规范灵活配置。

第二步：读取模型标准参考文件文件以及模型文件。

第三步：将模型文件的内容与模型标准参考文件中相关的信息进行比较。检测包含以下三个部分：

(一)、检测LN下是否存在有强制的DO而没有使用的情况；检测LN下是否存在有没有定义的DO而作为扩展的DO类型提示；检测LN下是否存在有扩展的DO类型，而且这种类型已经被其他LN定义过(定义过的概念为：除了内容相同之外，还包括在字母和数字组合中，字母部分相同的)；检测LN下DO所属的CDC是否一致；

(二)、检测DO下CDC是否是标准中定义，没有定义认定为扩展类型处理；检测DO是否被其他引用，没有就认定为未被使用属于冗余信息；检测CDC下bType与标准是否一致；检测DO下是否存在有强制的DA、SDO而没有使用的情况；

(三)、检测枚举类型及是否是在标准中定义，没有定义认定为扩展类型处理；检测枚举类型的单项值是否是在标准中定义，内容是否一致；统计枚举类型总数目。

第四步：输出结果，得出最后的单项检测报告。根据以上步骤的检测结果，输出报告。

(3)、装置四遥信息及GOOSE的解析检测。

模型解析模块基于MSXML2.0控件，采用了面向对象技术，并根据IEC61850功能进行封装，简化XML文件操作。装置四遥信息对于61850规约综合变电站系统来说至关重要，包括了一个装置通讯的全部点表信息。模型解析模块解析装置四遥信息，从可读性差的计算机语言，变成了更加直观的文本信息。解析过程增强了模型的可读性、直观性，同时依据模型文件的定义及IEC61850规范，能够发现其中有什么信息缺失或错误，并给出明确的提示，最终达到了检测的目的。

在数字化变电站中少不了GOOSE的通讯，其中GOOSE订阅和发布的信息是在模型中已经体现。下面主要说明GOOSE的检测流程。

GOOSE订阅信息检测：

第一步：查找逻辑设备下GSEControl，如果没有找到，给出提示。

第二步：查找逻辑设备下带短地址intAddr信息的Inputs/ExtRef节点，根据节点下的信息组成订阅的reference信息；如果没有找到，给出错误信息.

第三步：输出GOOSE订阅信息检测报告。

GOOSE发布信息检测：

第一步：查找Communication节点下ConnectedAP/GSE，检查MAC地址、VLAN ID以及优先级等，并记录所有控制块的名称；如果没有找到，给出错误信息。

第二步：根据第一步记录的所有控制块的名称，依次查找逻辑设备下GSEControl，可以得到GOOSE发布的数据集名称以及appID等信息；如果没有找到某一块，给出相应错误信息。

第三步：根据第二步记录的GOOSE发布的数据集名称，依次查找该数据集下FCDA节点，根据节点下的信息组成发布的reference信息；如果没有找到，给出错误信息。

第四步：输出GOOSE发布信息检测报告。

(4)、离线/在线模型的比对。

根据模型文件自身建立的模型信息认为是离线模型；而通过智能电子设备IEC61850规约中的服务上送的模型为在线模型。离线模型和在线模型在IEC61850规范和标准中要求一致。

第一步：解析离线模型，将模型文件中的内容全部解析，并生成离线模型信息库。

第二步：采用IEC61850规约中的服务，读取IED在线模型。需要连接上智能保护装置设备，将读取的信息全部加入在线模型信息库。

在线服务读取IED模型的实现，首先请求IED服务器目录，建立在线模型信息库，再请求LD目录信息，根据IED响应的LD目录信息，遍历每个LD下的所有LN数据信息；然后读取数据集目录，根据IED响应的数据集目录，遍历每个数据集目录下的信息，最后根据IED响应的所有信息组成IED在线模型的引用路径索引，根据这个索引逐一读取IED所有数据的实时值，并刷新在线模型信息库。

第三步：将数据库中存储的离线模型和在线模型信息进行相同或相应内容的比较。包括离线在线reference数目是否一致、节点定义是否一致、数据类型是否一致、描述信息是否一致等。

第四步：输出离线在线模型的比对结果。输出离线和在线模型Reference总数目、匹配Reference正确数目、并列出离线和在线模型中不匹配的内容是什么以及不一致描述信息的内容。

(5)、虚端子的检查。

主要针对SCD文件的检测。从SCD文件检出GOOSE虚端子、SV虚端子的信息，并绘出虚端子输入输出的关系图以及生成虚端子表。

按照GOOSE订阅、GOOSE发布检测的原则检出GOOSE虚端子的输入和输出端子，将SCD文件的输入输出端子虚拟连线，匹配正确显示“OK”；如果只有输出没有输入信息的，显示“无接收”；如果只有输入没有输出信息的，显示“无输入”。

其中，GOOSE虚端子表格式如图2所示。

Claims (6)

1.一种数字化变电站模型检测方法，所述方法包括以下步骤：

(1)、使用IEC61850国际标准针对智能电子设备(IED)模型发布的模型规范性检测用SCHEMA文件，实现对数字化变电站通用模型文件Schema验证，并输出验证报告；

(2)、根据IEC61850规约的标准，定义智能电子设备(IED)模型标准参考文件，根据定义的所述标准参考文件，检测数字化变电站通用模型文件中的逻辑节点(LN)、数据对象(DO)、数据属性(DA)、枚举类型是否符合IEC61850标准要求，检验数据对象(DO)和数据属性(DA)的强制属性是否支持；模型引用(Reference)是否规范，数据集(DataSet)中的数据对象(DO)以及数据属性(DA)是否有效、逻辑节点(LN)下的数据对象实例(DOI)和逻辑接点类型(LnodeType)下的数据对象(DO)的一致性、数据对象(DO)下的数据属性的实例(DAI)和数据对象类型(DOType)的数据属性(DA)的一致性；

(3)、对智能电子设备GOOSE数据以及状态量、测量量、电度量、遥控信息进行解析，将上述状态量、测量量、电度量、遥控信息称为四遥信息，并检测数据定义正确性以及数据类型是否符合IEC61850标准；

(4)、离线模型与在线模型的比对：解析离线模型文中的所有数据信息，并生成离线模型信息库，再通过IEC61850规约提供的服务，读取智能电子设备(IED)在线模型的所有数据，将生成的在线模型数据库与离线模型数据库中相同的或对应的信息进行比对，并标识出两者的差异，最后给出比对报告；

(5)、虚端子的检查，解析变电站配置描述SCD文件中所有智能电子设备(IED)模型文件中的GOOSE、SV的输入、输出端子，将GOOSE的输入、输出端以及SV的输入、输出端虚拟连线，生成虚端子表，作为检测端子正确性、合理性的参考数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)进一步包括：

①加载数字化变电站通用模型文件和Xml Schema文件；

②基于XML解析库LIBXML2的SCHEMA验证模块，对数字化变电站通用模型文件进行SCHEMA验证，检测XML格式是否符合IEC61850的要求，检测内容是否符合IEC61850的标准，最后输出验证报告；

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)进一步包括：

①定义智能电子设备(IED)模型的标准参考文件格式；

②读取智能电子设备(IED)模型的标准参考文件以及数字化变电站通用模型文件；

③以所述标准参考文件为蓝本，针对模型文件中关于IEC61850规约7-3、7-4标准要求中逐一进行所述检测；

④输出检测结果报告；

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3)进一步包括：

①解析数字化变电站通用模型文件中的状态量、测量量、电度量、遥控信息，即四遥信息，检测每一个四遥信息数据和四遥信息定义是否符合IEC61850标准和规范；

②解析数字化变电站通用模型文件中的GOOSE订阅信息，检测GOOSE订阅是否存在，检测GOOSE控制块GSEControl信息是否完整，检测外部引用ExtRef节点是否齐备，最后组成GOOSE订阅信息引用路径信息；

③解析数字化变电站通用模型文件中的GOOSE发布信息，检测GOOSE发布是否存在，检测模型中GOOSE接口定义GSE、功能约束数据属性FCDA节点是否齐备，最后组成GOOSE发布信息引用路径信息；

④输出四遥信息的检测结果报告；

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(4)进一步包括：

①离线模型全部解析，生成离线模型信息库；

②召唤装置在线模型，生成在线模型信息库；

③将离线、在线模型信息库相同或对应的内容进行比对，检测内容是否一致；

④输出所述比对报告；

6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(5)进一步包括：

①通过解析SCD文件中GOOSE订阅信息作为GOOSE的输入端，解析文件中的GOOSE发布信息作为GOOSE的输出端，将一个信号的输入和输出进行虚拟的连线，最后输出GOOSE虚端子表；

②通过解析SCD文件中SV接收信息作为SV的输入端，解析文件中的SV发送信息作为GOOSE的输出端，将一个信号的输入和输出进行虚拟的连线，最后输出SV虚端子表；

③将SCD文件原本复杂的计算机语言信息，转化成简单的文本信息，作为检测端子连线正确性的参考数据。

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